Proyecto 2

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Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Plantel Azcapotzalco
	
	
Ingeniería en Robótica Industrial
Asignatura: Dinámica
4RM2 
Proyecto: Brazo Mecánico
Erandi Aleli Lara Trufiño									2016360410
Gilberto Sandoval Olascoaga								2016361139
César Antar Esquivel González								2016360213
Alan Gonzalez Lorenzana									2016360303
24 – Abril – 2017 
ÍNDICE
1. Objetivo…..........................................................................................................................	3
2. Marco teórico…………………………………………………………………………….………………….……………..	4
· Cinemática de la partícula.
· Cinemática de los cuerpos rígidos.
· Biela-Manivela-Corredera.
· Brazo robótico.
· Servo motor.
3. Diseño del brazo robótico…..............................................................................................	12
4. Cálculos…….………………………………………………………………………………………………………………….	13
5. Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………………	15
OBJETIVO
Este proyecto tiene como objetivo el asentar aquellos conocimientos adquiridos a lo largo del semestre relacionados con el funcionamiento de mecanismos. 
Así mismo tiene como objetivo particular el demostrar el funcionamiento de un brazo mecánico realizando el análisis correspondiente a cada una de las partes que lo forman, orientado a la construcción de dicho mecanismo para realizar actividades en un ambiente laboral. 
 
MARCO TEÓRICO
1.- Cinemática de la partícula:
La Mecánica es la rama de la Física que estudia los movimientos y las fuerzas que los producen. Atendiendo a la naturaleza de su contenido, la Mecánica puede dividirse en dos partes: Cinemática o teoría geométrica del movimiento y Dinámica o estudio de las relaciones existentes entre las fuerzas y los movimientos que éstas producen; esta última abarca a la Estática o teoría de las fuerzas y del equilibrio.
· Posición, velocidad y aceleración:
· Posición: La posición de un cuerpo, en un sistema de referencia, queda definida por un vector, el vector de posición. La ecuación que expresa el vector de posición en función del tiempo se denomina ecuación de posición. 
· Velocidad: La velocidad de un cuerpo es la rapidez con que cambia la posición de un cuerpo y la podrás expresar de la siguiente manera: 
Es decir, el cociente entre el desplazamiento y el tiempo transcurrido. Esta velocidad es en realidad la velocidad media en ese intervalo de tiempo.
· Aceleración: La aceleración de un cuerpo es la rapidez con que cambia su velocidad y la podemos expresar: 
El vector aceleración puedes expresarlo como la suma de dos componentes, una asociada a la variación del módulo de la velocidad, aceleración tangencial, y otra asociada al cambio de la dirección de la velocidad (dirección del movimiento), aceleración normal.
· Movimiento rectilíneo:
El movimiento rectilíneo, es la trayectoria que describe el móvil en una línea recta. Algunos tipos notables de movimiento rectilíneo son los siguientes:
· Movimiento rectilíneo uniforme: cuando la velocidad es constante.
· Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: cuando la aceleración es constante.
· Movimiento armónico simple unidimensional: cuando la aceleración es directamente proporcional a la elongación (distancia a la posición de equilibrio) y está siempre dirigida hacia la posición de equilibrio.
En mecánica el movimiento rectilíneo es uno de los ejemplos más sencillos de movimiento, en el que la velocidad tiene dirección constante (aunque pueda tener en algunos casos aceleración), además hay fuerza y aceleración, estas son siempre paralelas a la velocidad.
· Movimiento curvilíneo:
En el estudio del movimiento rectilíneo nos bastaba un número para determinar la posición, la velocidad o la aceleración de la partícula en estudio. Pero para determinar esas propiedades del movimiento de una partícula que describa una trayectoria curva, necesitaremos conocer tanto la magnitud como la dirección. De modo que será conveniente trabajar, a partir de ahora, con vectores.
· Movimiento plano: Considerando una partícula que se desplaza en un plano a lo largo de una curva fija, en un instante dado esta estará en la posición s, medida con respecto al punto O. Considere un sistema de coordenadas con su origen en un punto fijo de la curva, y en el instante considerado este origen coincide con la ubicación de la partícula. El eje t es tangente a la curva en el punto y es positivo en la dirección de s creciente. El eje normal n es perpendicular al eje t con su sentido positivo dirigido hacia el centro de curvatura. El plano que contiene los ejes n y t se conoce como plano abrazador u osculante y en este caso está fijo en el plano del movimiento.
· Movimiento en el espacio: Cuando el movimiento tiene lugar a lo largo de una curva en el espacio de tres dimensiones, su descripción precisa de tres coordenadas. Para describir este tipo de movimiento, existen tres sistemas de coordenadas: el de coordenadas cartesianas rectangulares, el de coordenadas cilíndricas y el de coordenadas esféricas.
· Movimiento relativo en el plano:
El movimiento siempre es un concepto relativo porque debe referirse a un sistema de referencia o referencial particular escogido por el observador. Puesto que diferentes observadores pueden utilizar referenciales distintos, es importante relacionar las observaciones realizadas por aquellos. Una partícula se encuentra en movimiento en un referencial si su posición con respecto a él cambia en el transcurso del tiempo; en caso contrario, la partícula está en reposo en dicho referencial. De estas definiciones, vemos que tanto el concepto de movimiento como el de reposo son relativos. Así, el pasajero que está sentado en un vagón de ferrocarril se encuentra en reposo con respecto al vagón; pero como el tren se mueve con respecto a la Tierra, el pasajero se encuentra en movimiento con respecto a los árboles que observa desde el tren. A su vez, esos árboles están en reposo respecto de la Tierra, pero en movimiento respecto del pasajero del tren.
2.- Cinemática de los cuerpos rígidos:
La cinemática del sólido rígido es una aplicación de la cinemática al movimiento de un objeto tridimensional rígido en el espacio. El movimiento más general del sólido rígido puede considerarse como la superposición de dos tipos de movimiento básicos: de traslación y de rotación.
· Traslación: 
Se afirma que un movimiento será de traslación si toda línea recta dentro del cuerpo mantiene la misma dirección durante el movimiento.
· Cuando un cuerpo rígido está en traslación, todos los puntos de los cuerpos tienen la misma velocidad y aceleración, en cualquier instante dado.
· En traslación rectilínea todas las partículas se mueven en línea recta paralelas, y su velocidad y aceleración se mantienen en la misma dirección durante el movimiento.
· En traslación curvilínea, la velocidad y aceleración cambian en dirección, así como en magnitud en cada instante.
· Rotación alrededor de un eje fijo:
En este movimiento las partículas que forman al cuerpo rígido se mueven en planos paralelos a lo largo de círculos centrados sobre el mismo eje fijo. Si éste eje intersecta al cuerpo rígido cualquier partícula localizada sobre éste tiene velocidad lineal y aceleración nula.
· Movimiento plano general:
Es un movimiento plano que no es ni una traslación, ni una rotación. Sin embargo, un movimiento plano puede considerarse como la suma de una traslación y una rotación.
· Velocidad absoluta y relativa en el movimiento plano:
Cualquier movimiento plano se puede descomponer en una traslación de un punto cualquiera A y de forma simultánea una rotación alrededor de A.
Sean dos sistemas coordenados, uno fijo x,y,z que dan valores absolutos y uno móvil x´,y´,z´.
· Centro instantáneo de rotación:
El centro instantáneo de rotación (C.I) es el punto en el cual el eje instantáneo de rotación (E.I) es perpendicular al plano de movimiento y es fijo solo para la rotación pura delcuerpo rígido.
El eje de rotación (E.I) es un eje que es perpendicular al plano del movimiento y además es paralelo al vector velocidad angular instantáneo. También puede definirse como el lugar geométrico de los puntos de velocidad nula.
3.- Biela-Manivela-Corredera.
· Biela: 
Es una especie de brazo que une al cigüeñal con el pistón. Transmite el movimiento entre el cigüeñal y pistón, su movimiento es muy similar a cuando pedaleamos en la bicicleta. Se trata de una pieza de suma importancia, tanto para la transmisión de potencia, como para la transformación del movimiento. Durante su funcionamiento está sometida a esfuerzos de tracción, compresión y flexión. 
· Manivela: 
La manivela es un elemento de un mecanismo de transmisión del movimiento que consiste en una barra fijada por un extremo y accionada por la otra con un movimiento de rotación. 
· Corredera: 
Ranura o carril por donde resbala otra pieza que se le adapta en ciertas máquinas o artefactos.
· Sistema Biela-Manivela-Corredera:
Es un mecanismo que transforma un movimiento rotacional en un movimiento de traslación, o viceversa. El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se con-vierte en movimiento circular en el cigüeñal.
4.- Brazo robótico.
· Manipulador:
Mecánicamente, es el componente principal. Está formado por una serie de elementos estructurales sólidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. 
Cada articulación provee al robot de, al menos, un grado de libertad. En otras palabras, las articulaciones permiten al manipulador realizar movimientos:
· Lineales: que pueden ser horizontales o verticales.
· Angulares (por articulación):
5.- Servo motor.
Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado aposiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señala codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.
· Usos de servomotor:
Los servomotores industriales (para uso de la industria) tienen una gran cantidad de usos. Algunos de ellos puede ser: Robótica, brazos, zoom de una cámara de fotos, puertas automáticas de un ascensor, en las impresoras para el control de avance y retroceso del papel, máquinas herramientas, robots industriales, sistemas de producción,  coches de radiocontrol, en el timón de los aviones, timones.
En los sistemas se seguimiento solar, para el movimiento de los paneles solares en dirección del Sol, también se utilizan servomotores. En fresadoras, tornos, máquinas de troquelado, etc. que son máquinas que se utilizan en la industria para hacer cortes, se utilizan los servomotores para controlar los cortes y poder hacerlos muy precisos.
· Partes de un servomotor:
· Motor eléctrico: Es el encargado de generar el movimiento a través de su eje.
· Sistema de regulación: Está formado por engranajes, que actúan sobre el motor para regular su velocidad y el par.
· Sistema de control o sensor: Es un circuito electrónico que controla el movimiento del motor mediante el envío de pulsos eléctricos.
· Potenciómetro: Está conectado al eje central del motor que nos permite saber en todo momento el ángulo en el que se encuentra el eje del motor. Este es una resistencia variable.
DISEÑO DEL BRAZO ROBÓTICO
CÁLCULOS
BIBLIOGRAFÍA
· Bedford, A. & Fowler, W. (2008) Mecánica para ingeniería, Dinámica.
· Beer, F., Johnston, E., Cornwell, P. (2010) Mecánica vectorial para ingenieros, Dinámica.
	
	
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